Forscher arbeiten an der Herstellung biologisch abbaubarer Biokunststoffe aus Lebensmittelabfällen
Einsatz von Mikroorganismen zur Umwandlung von Lebensmittelabfällen in Fette, die dann zu Biokunststoffen weiterverarbeitet werden
Außerordentliche Mengen an Energie, Wasser und Kapital werden in Lebensmittelsysteme investiert. Dennoch landen zwischen 30 und 40 Prozent der produzierten Lebensmittel in den Vereinigten Staaten auf Mülldeponien. Wie wäre es, wenn es einen Weg gäbe, sie in etwas umzuwandeln, das wir jeden Tag benutzen? Forscher am College of Agriculture and Life Sciences der Virginia Tech entwickeln biologisch abbaubare Biokunststoffe aus Lebensmittelabfällen, um diesen Materialien ein neues - und nützliches - Leben zu geben.
Fujunzhu Zhao, ein Doktorand, arbeitet im Labor von Zhiwu "Drew" Wang. Wangs Team arbeitet daran, Lebensmittelabfälle in nachhaltige Biokunststoffe umzuwandeln.
Photo by Luke Hayes for Virginia Tech
"Durch die Entwicklung kostengünstiger Biokunststoffe, die sich auf natürliche Weise zersetzen, können wir die Plastikverschmutzung an Land und in den Ozeanen verringern und wichtige Probleme wie Treibhausgasemissionen und wirtschaftliche Verluste im Zusammenhang mit Lebensmittelabfällen angehen", sagte der leitende Forscher Zhiwu "Drew" Wang, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Biologische Systemtechnik und Direktor des Zentrums für angewandte Wasserforschung und Innovation.
Das Projekt befasst sich mit der Verschmutzung der Ozeane durch Plastik, die laut dem World Wildlife Fund immer weiter zunimmt, da Mikroplastik fast 88 Prozent aller Meerestiere betrifft. Da sie sich im Meerwasser schnell abbauen, haben die Biokunststoffe der Virginia Tech das Potenzial, die Auswirkungen der Verschmutzung auf das Meeresleben auf der ganzen Welt zu verringern.
Das erste Pilotprojekt seiner Art wird ein erschwingliches modulares Bioverarbeitungssystem zur Herstellung von biologisch abbaubaren Biokunststoffen aus Lebensmittelabfällen entwickeln und demonstrieren.
Die Forscher werden Mikroorganismen nutzen, um Lebensmittelabfälle in Fette umzuwandeln, die dann zu Biokunststoffen verarbeitet werden. Dieser Prozess, der der Fermentierung in Mikrobrauereien ähnelt, gewährleistet, dass die hergestellten Biokunststoffe leicht kompostiert werden können, wodurch die durch Mikroplastik verursachte Meeresverschmutzung verringert wird. Ziel des Projekts ist es, die Machbarkeit und Skalierbarkeit dieses Bioverarbeitungssystems auf nationaler und globaler Ebene zu demonstrieren.
"Wir hoffen, dass wir durch die Schaffung umweltverträglicher Kunststoffe den Menschen, Unternehmen, Abfallwirtschaftssystemen und Gemeinden auf der ganzen Welt zugute kommen", so Wang, ein Forscher des College of Agriculture and Life Sciences und des College of Engineering.
In Zusammenarbeit mit anderen Experten an der Virginia Tech sowie mit Studenten und Doktoranden, darunter Haibo Huang vom Department of Food Science and Technology und Young Kim vom Department of Sustainable Biomaterials, konzentriert sich das Team auf die Reinigung von Polyhydroxyalkanoaten (PHA) und die Herstellung von hochwertigen Biokunststoffprodukten.
"Es gibt viele Möglichkeiten, die Nachhaltigkeit in der Welt zu verbessern", sagte Kim. "Im Moment gibt es zwei Hauptmethoden. Die eine besteht darin, mehr Recycling und wiederverwertbare Materialien zu verwenden. Die andere Möglichkeit ist die Verwendung von biologisch abbaubaren Materialien. Die Verwendung von Biokunststoff ist eine praktikable Option, um die zunehmende Plastikverschmutzung zu bekämpfen. Unser Ansatz ist es, die Nachhaltigkeit durch die Verwendung von biologisch abbaubaren Materialien zu verbessern."
Zu diesen biologisch abbaubaren Produkten gehören auch kompostierbare Verpackungen für den Hausgebrauch, die immer beliebter werden.
Seit mehr als einem Jahr sind an diesem Projekt studentische Forscher beteiligt, die einen Beitrag zu nachhaltigeren Verpackungen für unsere Welt leisten wollen.
"Unser erster Schritt besteht darin, eine einschichtige Folie herzustellen, um zu sehen, ob sie als echtes Produkt verwendet werden kann", sagt Chen Shin, Student im Studiengang Verpackungs- und Systemdesign. "Wenn sie gute Sauerstoff- und Wasserdampfbarrieren und andere Eigenschaften aufweist, können wir zum nächsten Schritt übergehen. Unser Ziel ist es, traditionelle beschichtete Papierprodukte durch PHA zu ersetzen. Derzeitige Papierprodukte sind oft mit Polyethylen oder Polymilchsäure beschichtet, die nicht vollständig abbaubar sind. PHA ist in der Natur vollständig biologisch abbaubar, sogar in der Umgebung eines Hinterhofs".
Beschichtungen aus Polyethylen oder Polymilchsäure sind häufig auf Einwegkunststoffen zu finden, z. B. auf Einweg-Kaffeebechern, Lebensmittelfolien oder sogar auf den Eisbechern, die man an einem heißen Sommertag genießt.
Für Chloe Taylor, Studentin im Studiengang Nachhaltige Biomaterialien, war die Teilnahme an dem Projekt ein Höhepunkt ihrer College-Karriere.
"Es hat mich dazu inspiriert, ein Graduiertenstudium zu absolvieren, weil herkömmliche Kunststoffe nicht nachhaltig sind", sagte Taylor. "Unser Ziel ist es, Biokunststoffe zu entwickeln, die eine praktikable Alternative darstellen und in Alltagsprodukten verwendet werden können, ohne die Umwelt zu schädigen.
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